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防窃电智能电表的关键是隔离传感器

Margery Conner?? EDN技术编辑?? 2009年05月31日 ?? 收藏0

  Analog Devices公司能源计量产品营销工程师Mark Strzegowski承认,分流法不提供多个相位之间的隔离,所以你需要在其它地方提供隔离功能。该公司的方案是使用一个带隔离平面变压器的分流电阻,它采用该公司用于隔离元件的iCoupler技术:iCoupler与分流电阻两者相加,仍然低于电流变压器或Rogowski线圈的成本,并且仍保持测量的线性。Strzegowski说:“选择电流检测技术时要考虑的重要问题之一是客户要求的性能。市场有一种趋向更宽动态范围的趋势,而这也增加了更多的测量次数。你需要以相同的精度,准确地测量从100A到100mA的电流,因为0.1%是一个典型的精度规格。”

  分流电阻天生就存在着发热问题:虽然它们的响应线性度很好,但它们无法处理一些最大的负荷,因为有自加热效应。同样,电流变压器一般需要补偿的相位失真较小,尤其是当应用需要更精密的测量时,如对电抗与谐波能量的测量。一般来说,单相电表用分流电阻作传感器,而三相电表则采用电流变压器。

  Power Integrations公司产品营销经理Silvestro Fimiani认为,除了防止篡改以外,电表的效率也很重要,尤其是在不久的将来,全球可能安装或更换的电表超过1亿部。他说:“在电表的寿命期间,由于电表的无效使用耗费的能源成本会多达20美元。这与电表的成本相当。”在智能电表世界中,Fimiani可能是少有的强调能源效率的人,几乎没有其它供应商关心电表效率,也许因为电表的采购者一般是公用事业机构,而不是为电表功耗付费的组织。这个成本是不可见的,但却会转嫁给消费者。

  电表中的元器件应耗能很少,原因不仅是要节省成本和提高效率,也是为了确保在电池供电情况下,电表也能高效运行。电表用电池供电似乎是一个奇怪的想法,但智能电表必须在掉电情况下也能持续工作。

  电表中电池备份的重要性与所在区域有关。例如在美国,如果停电,则没有可测量的东西,因此几乎不存在让电表处于苏醒状态的需求。Analog Devices公司的Strzegowski指出,印度的情况不同,一些规定要求系统中必须有两支电池。一支电池为电表提供的能量可将读数和信息保存24或48小时,并保持显示屏点亮。另一支电池则要将电表信息保持至少两年时间,防止电表被篡改。它将电表从电力线中移开,这样电表电路中就没有电压,但电力仍然在电线中输送。

  电表的电池备份一般采用锂/亚硫酰氯电池,它的自放电率为纳安量级,存放寿命超过10年。Tadiran公司是此类电池最大的美国制造商。电池本身足以完成电表中数据的备份,但不能通过无线通信将数据发出去。有一种方案是用电池对一只超级电容作涓流充电。超级电容制造商Cap-xx公司应用工程副总裁Pierre Mars解释政府的规定如何影响电表:“虽然电表接在主电力线上,有冗余电源,但电表不能用它来发送数据。举个例子,当我在澳洲时,那里的规定是电表从用户电力线中获得的能量不能超过2W,所以它们需要用一只超级电容,为GSM突发通信传输提供能量,这需要0.6ms的突发6W功率,而平均功率不到0.75W。”Mars指出,如果政府制定能源使用的规则,而不是限定最高使用功率,就不存在这个问题了。

  另外,超级电容还提供足够作“临终遗言”式传输的功率,如当电力网中断时,超级电容备份的电量够作一次传输,警告电表已掉电。

  全世界各个地区因偷电造成的电力损失各不相同:美国可能不到4%,而印度报告说损失大于10%,拉丁美洲国家的这种损耗可达20%。对于防窃电表的研究是转向智能电表的另一个原因。篡改一块电表最简单和最常见的方法是采用传感器。

  为什么在美国防窃电方法很重要?因为随着电力用量的不断提高,4%的损失也足以引起公用事业单位的注意。但更重要的是,窃电是非法“大麻屋”最常用的能源。在乡村地带,这些房屋的电费账单很容易达到每月1万美元,而从邻近电力线偷电是最简单的取电方式。邻居和公用事业单位都不喜欢“大麻屋”,采用智能电表可能是一种抑制这类活动的有效方法。不过有些人也担心任何涉及大型组织(如政府或公用事业机构)的活动都是在监控个人的行为(见附文《用Google查询你的用电状态》)。

  飞升的能源价格也促使非公用型应用调整自己的电力测量工作。TI公司大批量模拟与逻辑业务高级副总裁Dave Heacock表示,服务器农场(server farm)有时会要求自己的前端AC/DC电源供应商提供电力测量功能,这样农场可以根据使用情况向客户收费:如在高峰时间的用电将收取较高的费率。Heacock说:“用户会想,‘我得在半夜电力价格较低时再作所有的信用卡交易’”。


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智能电表? 传感器? 效率? 能源?

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